Adolf Mirowski

Podręcznik dobrych praktyk w zakresiedoboru i wykorzystania odnawialnychźródeł energii oraz likwidacji niskiej emisjiPoradnik doradcy technicznego inwestora

• Pompy ciepła

• Kolektory słoneczne

• Przykłady redukcji emisji zanieczyszczeń do powietrza ARL MIROWSKI

Korekta tekstu

Marian RubikMagdalena Nadybska-JezierzańskaAndrzej Zegler

Recenzje

Marian Rubik

Skład

Looz Design Tomasz Merwartdtp@looz-design.pl

Projekt okładki

TonikStudio Krzysztof Zięba

All right reservedWszystkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być powielana ani rozpowszechniania za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych bezpisemnej zgody posiadacza praw autorskich

Druk

Delta Kraków

Wydanie I

Kraków 2015

Wydawca

Poradnik wydany przez firmę ARL MIROWSKI Adolf Mirowski przy współudziale firmi organizacji, których oferty zamieszczono na końcu opracowania w dziale „Informacje o wybranych partnerach w branży”

ISBN 978-83-941347-0-9

Spis treści

Wstęp 71. Komponenty termicznych instalacji kolektorów słonecznych 9

1.1. Kolektory słoneczne 9

1.2. Podgrzewacze i zasobniki c.w.u. oraz zasobniki wody grzewczej 25

1.3. Przewody hydrauliczne nośnika grzewczego (cieczy solarnej) 33

1.4. Ciecz w obiegu kolektorów słonecznych („ciecz solarna”) 40

2. Wybrane zagadnienia projektowania instalacji z kolektorami słonecznymi 432.1. Zużycie ciepłej wody użytkowej 43

2.2. Schematy hydrauliczne 44

2.3. Straty ciepła w obiegu cyrkulacji ciepłej wody użytkowej 46

2.4. Obciążenia mechaniczne od wiatru i śniegu 48

2.5. Ochrona przed wyładowaniami atmosferycznymi 49

3. Przykłady złych i dobrych praktyk wykonania instalacji 514. Analiza porównawcza instalacji kolektorów słonecznych 555. Parametry do oceny instalacji kolektorów słonecznych – podgrzewanie c.w.u. 59

5.1. Parametry pierwszego rzędu 59

5.2. Parametry drugiego rzędu 59

5.3. Parametry wyższych rzędów 59

6. Programy symulacyjne do obliczeń instalacji z kolektorami słonecznymi 606.1. Najczęstsze błędy oraz zagrożenia związane z użyciem programów do obliczeń symulacyjnych 61

7. Monitoring rezultatów pracy 648. Sugerowany algorytm postępowania w trakcie procesu projektowo–inwestycyjnego 659. Propozycje przykładowego zapisu wymagań dotyczących instalacji kolektorów słonecznych 66

9.1. Przykład opisu danych wejściowych i wymagań użytkownika 66

9.2. Propozycja oceny i wyboru ofert 67

10. Przykłady wybranych instalacji kolektorów słonecznych 6810.1. Przykład 1 – Wojewódzki Szpital Specjalistyczny w Częstochowie 68

10.2. Przykład 2 – Wspólnota Mieszkaniowa w Krośnie 70

10.3. Przykład 3 – Placówka Opiekuńczo–Wychowawcza „Dzieciowisko” w Świdwinie 72

10.4. Przykład 4 – Gimnazjum Gminne w Połczynie Zdroju 73

10.5. Przykład 5 – Wielospecjalistyczny Szpital Miejski w Poznaniu 74

10.6. Przykład 6 – Wspólnota Mieszkaniowa w Kaliszu 75

11. Ankieta – kolektory słoneczne 7512. Systemy grzewcze współpracujące z pompami ciepła 80

12.1. Opis technologii pomp ciepła 81

12.2. Ocena jakości pomp ciepła 86

12.4. Wpływ wybranych parametrów na wartość sezonowego współczynnika efektywności energetycznej 90

12.5. Wpływ strat ciepła w obiegu c.w.u. na efektywność pracy pomp ciepła 95

12.6. Monitoring efektywności pracy pomp ciepła 97

12.7. Rozporządzenie o etykietowaniu energetycznym 97

12.8. Współczynniki efektywności energetycznej pomp ciepła – klasyfikacja) 100

13. Programy symulacyjne do oceny i weryfikacji instalacji współpracujących z pompami ciepła 10314. Gruntowe dolne źródła ciepła 10415. Test reakcji termicznej (TRT) – pionowe gruntowe wymienniki ciepła 10516. Badania geofizyczne w otworach płytkiej geotermii (pionowe gruntowe wymienniki ciepła)* 106

16.1. Weryfikacja profilu geologicznego 106

16.2. Kontrola wypełnienia przestrzeni pierścieniowej 106

16.3. Przykłady badań geofizycznych w trakcie wykonywania otworów w gruncie 107

16.4. Zalecenia do badań geofizycznych 109

17. Wykorzystanie pomp ciepła do chłodzenia budynków 11017.1. Rodzaje instalacji pomp ciepła z funkcją chłodzenia 110

17.2. Odbiór nadmiaru ciepła z budynku 113

17.3. Przykład wykorzystania pionowych gruntowych wymienników ciepła do akumulacji ciepła we współpracy z pompami ciepła w trybie chłodzenia aktywnego 114

18. Algorytm postępowania w trakcie procesu projektowo–inwestycyjnego instalacji z pompami ciepła 11919. Przykładowe metody wyboru ofert na wykonanie instalacji z pompami ciepła 121

19.1. Metody dynamiczne – wartość bieżąca netto 121

19.2. Metody dynamiczne według VDI 2067 125

20. Wybrane przykłady instalacji z pompą ciepła 12720.1. Przykład 1 – świetlica wiejska w Mierzynie 128

20.2. Przykład 2 – świetlica wiejska w Syrkowicach 129

20.3. Przykład 3 – budynek Warsztatów Terapii Zajęciowej w Karlinie 130

20.4. Przykład 4 – budynek jednorodzinny na Dolnym Śląsku 131

20.5. Przykład 5 – budynek jednorodzinny w Brienz, Szwajcaria 132

20.6. Przykład 6 – budynek jednorodzinny w Udligenswil, Szwajcaria 133

21. Ankieta – pompy ciepła 13422. Wskaźniki emisji przy spalaniu wybranych paliw i przykłady redukcji emisji zanieczyszczeń do powietrza 142

22.1. Redukcja zużycia paliwa oraz emisji zanieczyszczeń przy podgrzewaniu c.w.u. 142

22.2. Wartości opałowe wybranych paliw i wskaźniki emisji zanieczyszczeń 144

22.3. Wskaźniki emisji zanieczyszczeń 144

22.4. Wybrane sprawności wytwarzania i transportu ciepła na potrzeby podgrzewania c.w.u. 150

22.5. Przykłady obliczeń redukcji zużycia paliwa i emisji szkodliwych substancji do powietrza 152

23. Uproszczone wykresy do szacowania redukcji emisji zanieczyszczeń do powietrza 17523.1. Modele, wartości graniczne, pojęcia i definicje, 175

23.2. Zastąpienie kotłowni węglowych przez pompy ciepła (Qc ≤ 100 kW, Q

k ≤ 100 kW) 182

23.3. Zastąpienie kotłowni na drewno przez pompy ciepła (Qc ≤ 100 kW, Q

k ≤ 100 kW) 186

23.4. Zastąpienie kotłowni na lekki olej opałowy przez pompy ciepła 190

23.5. Zastąpienie kotłowni gazowej przez pompy ciepła 195

23.6. Zastąpienie kotłowni węglowej przez kotłownię gazową lub sorpcyjną pompę ciepła 198

23.7. Zastąpienie kotłowni węglowej przez kotłownię na lekki olej opałowy 200

23.8. Zastąpienie kotłowni węglowej przez kotłownię na drewno (Qk ≤ 50 kW) 203

23.9. Zastąpienie kotłowni węglowej przez kotłownię na granulat węglowy „ekogroszek” (Qk ≤ 50 kW) 206

23.10. Podsumowanie 209

24. Klasy i etykiety technologii redukcji zanieczyszczeń do powietrza – propozycje autorskie 21024.1. Klasyfikacja stopnia redukcji emisji zanieczyszczeń do powietrza w rocznym bilansie cieplnym budynku 210

24.2. Krotność redukcji emisji zanieczyszczeń do powietrza w rocznym bilansie cieplnym budynku 211

24.3. Przykładowe analizy klas technologii redukcji zanieczyszczeń w budynku jednorodzinnym. 212

24.4. Przykładowe analizy klas technologii redukcji emisji zanieczyszczeń w przyszłości 220

25. Przykłady certyfikatów PreQurs potwierdzających klasę i krotność redukcji emisjizanieczyszczeń budynku do powietrza 224

26. Inne zagadnienia i przemyślenia autora 22726.1. Emisja zanieczyszczeń do powietrza 227

26.2. Węgiel a energia elektryczna w Polsce 227

26.3. Inne możliwości 227

26.4. Aktualne priorytety i świadomość społeczna 232

27. Jednostki miar i tabele przeliczeniowe wybranych wielkości fizycznych 23328. Wykaz ważniejszych oznaczeń 24029. Literatura 24930. Wykaz norm 25231. Informacje o wybranych partnerach w branży 253

7

Wstęp

W Polsce od kilku lat notowany jest ciągły wzrost zainteresowania odnawialnymi źródłami energii. W dziedzinie kolektorów słonecznych, Polska jest już znaczącym krajem na rynku europejskim pod względem liczby instalacji montowanych rocznie. Należy jednak zwrócić uwagę na to, że prawie we wszystkich przypadkach wyboru ofert kierowano się wyłącznie ceną i nie zawsze zwracano uwagę na pa-rametry jakościowe instalacji jako całości. Przyczyn takiego stanu jest zapewne wiele, ale jedną z nich jest nadal brak fachowej wiedzy i doświadczenia wielu jeszcze osób czy instytucji, które zajmują się doradztwem dla inwestorów. Skutkiem tego znaczna liczba instalacji z kolektorami słonecznymi i pompami ciepła nie działa tak, jak oczekiwał tego użytkownik.

Obecnie zauważa się także rosnące zainteresowanie technologią pomp ciepła, głównie dzięki działalności Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła (PORT PC). W tej dziedzinie istnieje także wiele aspektów technicznych, które mają znaczący wpływ na efektyw-ną i długotrwałą pracę pomp ciepła. Niektóre z tych zagadnień opisano w niniejszym poradniku.

Celem poradnika jest przede wszystkim przedstawienie wybranych parametrów, wyjaśnienie istotnych pojęć i definicji, które używane są w dziedzinie kolektorów słonecznych i pomp ciepła. W miarę możliwości wyjaśniono ich rolę i znaczenie w pracującej instalacji oraz ich wpływ na końcowe efekty energetyczne, ekologiczne i ekonomiczne. Podano również wiele przykładów i analiz dotyczących projektowa-nia oraz eksploatacji instalacji. Zaproponowano ramowe algorytmy postępowania w procesie inwestycyjnymego, podkreślono znaczenie specjalistycznych programów symulacyjnych, nadzoru nad wykonawstwem oraz monitorowaniem wybranych parametrów w celu oceny i weryfikacji wykonanych instalacji. W poradniku podano także przykłady ankiet do identyfikacji obiektów, propozycje zapisów do SIWZ (Specyfikacji Istotnych Warunków Zamówienia) oraz sugerowane kryteria oceny ofert.

W poradniku opisano również wybrane przykłady instalacji referencyjnych, w których efekty uzyskane w praktyce pokrywają się z wynikami obliczeń symulacyjnych. Zilustrowano również kilka rozwiązań, które nie są zalecane do naśladowania.

W trakcie opracowania poradnika autor odbył wizytę studyjną w Szwajcarii, podczas której poznał obiekty z różnymi technologiami pozy-skiwania energii odnawialnej, a w tym między innymi instalacje kolektorów słonecznych, paneli fotowoltaicznych, pomp ciepła i elektrowni wodnych. Niektóre z tych obiektów opisano w poradniku. Pozyskane informacje i doświadczenia z tej wizyty potwierdzają wysoki stan wie-dzy i obywatelską postawę mieszkańców Szwajcarii w zakresie energetyki odnawialnej. Na uwagę zasługuje w tym przypadku wyjątkowa dbałość o jakość, szczegóły techniczne, a także racjonalność w gospodarowaniu środkami publicznymi.

Osoby zaangażowane w powstanie tego poradnika mają nadzieję, że jego publikacja przyczyni się do ugruntowania na terenie Polski, takiego jak w Szwajcarii, podejścia inwestorów publicznych. Informacje, wymagania i zalecenia podane w poradniku mogą stanowić także interesujące źródło wiedzy dla inwestorów prywatnych, projektantów, wykonawców instalacji, kierowników budowy, inspektorów nadzoru oraz kształcących się osób.

Znaczna część tego poradnika poświęcona jest także ochronie jakości powietrza. Podano w nim szereg przykładów obliczeń, zestawień, tabel i wykresów ułatwiających podejmowanie decyzji odnośnie wyboru urządzeń grzewczych. Zaproponowano również autorskie propo-zycje skali oceny substancji szkodliwych, klasy technologii oraz certyfikaty budynków pod względem redukcji emisji zanieczyszczeń do powietrza.

Autor poradnika pragnie wyrazić podziękowania p. Iwonie Czerniec, p. Magdalenie Rupek, p. Remigiuszowi Spaleniakowi ze Związku Miast i Gmin Dorzecza Parsęty za inicjatywę opracowania poprzedzającego poradnika pt „Podręcznik dobrych praktyk na bazie szwajcarskich i polskich doświadczeń w zakresie wykorzystania odnawialnych źródeł energii” oraz organizację wizyty studyjnej ,a także p.Waldemarowi Burzyńskiemu z IBW Engineering z Zurychu za wsparcie i informacje udzielone podczas pobytu w Szwajcarii.

Wyrażam także wdzięczność p. Anicie Schurter p. Peterowi Schilinger, Kasparowi Flück, oraz p. Maxowi Chopard-Acklin za udostępnienie i prezentację obiektów w Szwajcarii.

Wyrazy podziękowania kieruję również do dra Mariana Rubika, dra Marka Miary z Fraunhofer ISE, dra Kazimierza Wojtasa, Pawła Lach-mana oraz Andrzeja Guły za cenne wskazówki udzielone w trakcie przygotowania poradnika.

Autor poradnika prosi o przesyłanie wszelkich uwagi i spostrzeżeń do treści niniejszej publikacji na adres drmr@mirowski.eu.

Adolf Mirowski

Absolwent Akademii Górniczo–Hutniczej, ukończonej w roku 1996 na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki z tytułem doktora nauk technicznych.

Pierwszy zawodowy kontakt w branży techniki grzewczej podjął w 1991 r, w ramach działalności firmy Energo-Term w Krakowie. W latach 1996 – 2012 zatrudniony w firmie Viessmann Sp. z o.o., początkowo jako kierownik biura Kraków, potem odpowiedzialny za szkolenia o zasięgu ogólnopolskim. W kolejnych latach zajmował się wdrożeniem nowych technologii, w tym wytwarzaniem energii skojarzonej i odnawialnej.

Członek Założyciel Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła.

Od 2011 pełni rolę eksperta w programie Swiss Contribution.

Twórca i właściciel portalu dla projektantów, architektów i instalatorów www.schematy.info oraz kaskady.com.pl.

Od roku 2012 autor prowadzi samodzielną działalność gospodarczą w zakresie doradztwa i ekspertyz z branży techniki grzewczej.

Adres kontaktowy: drmr@mirowski.eu